• 跟我一起写个虚拟机 .Net 7（三）- 安装LC-3 模拟器和编译器

    LC-3（Little Computer 3） 是一门教学用的虚拟计算机模型，主要是为了方便学生了解简单化的计算机结构。

    主要想学习《计算机系统概论》上的案例，基本都是通过LC-3 模拟器和LC-3编译器来的，所以，把安装的方式学习一下。

    这两个软件偏向于在Unix中安装，我这边没有那个环境，所以，我会把编译器安装在Ubuntu中，模拟器采用windows版的安装到本地。

    官网地址

    https://highered.mheducation.com/sites/0072467509/student_view0/lc-3_simulator_lab_manual.html

    下载 C 3 Simulator Windows Version 3.01 (385.0K)

    这个主要是模拟器，windows直接运行

    htps://highered.mheducation.com/sites/dl/free/0072467509/104652/LC301.exe

    下载后，双击运行

    进入到安装目录

    Simulate.exe 模拟器


    模拟器只能打开.obj目标文件

    LC3Edit.exe 编译器

    可以通过以下三种方式(二进制，16进制，汇编)写代码逻辑，输出目标文件等结构


    用汇编来写还是相对来讲简单的，写完之后，点击3，汇编的箭头按钮，就会保存在一个文件里，输出以下文件，当然，报错的情况下，它会提示错误。

    1. 123.asm 它是汇编文件本身
    2. 123.bin 它是二进制文件
    3. 123.hex 它是十六进制的文件
    4. 123.lst 它是程序的列表文件
    5. 123.sym 它是创建汇编的符号表
    6. 123.obj 目标文件，需要Simulate.exe 模拟器打开

    下载 C to LC-3 Compiler (369.0K)

    https://highered.mheducation.com/sites/dl/free/0072467509/104652/lcc.zip

    解压后如下:


    大概有这些东西

    根据README描述，需要gcc 和 wish 和 flex ，我这边直接安装flex就会安装gcc了。

    然后在当前目录执行命令

    chmod +x configure
sudo apt install flex 
./configure

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    然后，就会显示下边这个，就成功make了，然后，开始执行安装命令

    make
make install

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    make 执行完

    make install 执行完

    这个时候就会在当前文件夹下，新增一个install的文件夹，其中 lcc就是编译器了

    可以通过 lcc 直接执行来看看帮助信息

    ./lcc

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    可以看到命令还是挺全的

    编译C语言文件

    cd 到目标路径下

    cd /root/lcc-1.3/install/

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    然后创建一个c语言的程序，如下

    int main()
{
    int a=1;
    int b=2;
    int c=a+b;
    printf("data:%d",c);
    return 0;
}

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    执行编译命令，就会生成a.asm文件，竟然有4KB大小

    lcc main.c

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    最后可以看到很长的lc3的汇编(a.asm)

    .Orig x3000
INIT_CODE
LEA R6, #-1
ADD R5, R6, #0
ADD R6, R6, R6
ADD R6, R6, R6
ADD R6, R6, R5
ADD R6, R6, #-1
ADD R5, R5, R5
ADD R5, R6, #0
LD R4, GLOBAL_DATA_POINTER
LD R7, GLOBAL_MAIN_POINTER
jsrr R7
HALT

GLOBAL_DATA_POINTER .FILL GLOBAL_DATA_START
GLOBAL_MAIN_POINTER .FILL main
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;main;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
main
ADD R6, R6, #-2
STR R7, R6, #0
ADD R6, R6, #-1
STR R5, R6, #0
ADD R5, R6, #-1

ADD R6, R6, #-3
ADD R7, R4, #12
ldr R7, R7, #0
str R7, R5, #0
ADD R7, R4, #11
ldr R7, R7, #0
str R7, R5, #-1
ldr R7, R5, #0
ldr R3, R5, #-1
add R7, R7, R3
str R7, R5, #-2
ldr R7, R5, #-2
ADD R6, R6, #-1
STR R7, R6, #0
ADD R7, R4, #3
ADD R6, R6, #-1
STR R7, R6, #0
ADD R0, R4, #1
LDR R0, R0, #0
jsrr R0
LDR R7, R6, #0
ADD R6, R6, #1
ADD R7, R4, #2
ldr R7, R7, #0
lc3_L1_main
STR R7, R5, #3
ADD R6, R5, #1
LDR R5, R6, #0
ADD R6, R6, #1
LDR R7, R6, #0
ADD R6, R6, #1
RET

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;	void printf(const char *format, ...)
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

PRINTF_PERCENT .FILL -37
PRINTF_C .FILL -99
PRINTF_D .FILL -100
PRINTF_S .FILL -115
PRINTF_B .FILL -98
PRINTF_O .FILL -111
PRINTF_X .FILL -120
PRINTF_ASCII .FILL 48 		;postive ascii value of '0'
.FILL 49
.FILL 50
.FILL 51
.FILL 52
.FILL 53
.FILL 54
.FILL 55
.FILL 56
.FILL 57
.FILL 65        ;A
.FILL 66
.FILL 67
.FILL 68
.FILL 69
.FILL 70
PRINTF_MINUS .FILL 45  
PRINTF_BUF .BLKW 18
 

lc3_printf
ADD R6, R6, #-2
STR R7, R6, #0		;return address
ADD R6, R6, #-1
STR R5, R6, #0
ADD R5, R6, #-1

ADD R6, R6, #-1
STR R4, R6, #0

ADD R5, R5, #4		;cheating with the bp (no longer bp)
LDR R4, R5, #0		;got addr of format string


PRINTF_LOOP	;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

LDR R0, R4, #0

ADD R0, R0, #0		;End of string? (0x0000)
BRz PRINTF_DONE

ADD R2, R0, #0
LD R1, PRINTF_PERCENT
ADD R2, R2, R1
BRnp PRINTF_CHAR		

ADD R4, R4, #1
LDR R0, R4, #0
;is it %c?
ADD R2, R0, #0
LD R3, PRINTF_C
ADD R2, R2, R3
BRnp PRINTF_CHECKSTR
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;%c
ADD R5, R5, #1
LDR R0, R5, #0

PRINTF_CHAR
OUT

ADD R4, R4, #1
BRnzp PRINTF_LOOP

PRINTF_CHECKSTR
;is it %s?
ADD R2, R0, #0
LD R7, PRINTF_S
ADD R2, R2, R7
BRnp PRINTF_CHECKDEC		

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;%s

ADD R5, R5, #1
LDR R0, R5, #0
PUTS

ADD R4, R4, #1
BRnzp PRINTF_LOOP

PRINTF_CHECKDEC
;is it %d?
ADD R2, R0, #0
LD R7, PRINTF_D
ADD R2, R2, R7
;BRnp PRINTF_ERROR
BRnp PRINTF_CHECKHEX

AND R2, R2, #0
ADD R2, R2, #-10		;going to divide by 10 by using sub loop
BRnzp PRINTF_NUM

PRINTF_CHECKHEX

ADD R2, R0, #0
LD R7, PRINTF_X
ADD R2, R2, R7
BRnp PRINTF_CHECKOCT

AND R2, R2, #0
ADD R2, R2, #-16		;going to divide by 10 by using sub loop
BRnzp PRINTF_NUM

PRINTF_CHECKOCT

ADD R2, R0, #0
LD R7, PRINTF_O
ADD R2, R2, R7
BRnp PRINTF_CHECKBIN

AND R2, R2, #0
ADD R2, R2, #-8		;going to divide by 10 by using sub loop
BRnzp PRINTF_NUM

PRINTF_CHECKBIN

ADD R2, R0, #0
LD R7, PRINTF_B
ADD R2, R2, R7
BRnp PRINTF_ERROR

AND R2, R2, #0
ADD R2, R2, #-2		;going to divide by 10 by using sub loop
;BRnzp PRINTF_NUM



;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;%d
PRINTF_NUM

LEA R7, PRINTF_BUF
ADD R7, R7, #15 
ADD R7, R7, #1 

;AND R2, R2, #0
;ADD R2, R2, #-10		;going to divide by 10 by using sub loop

ADD R5, R5, #1			;acquire the binary number
LDR R0, R5, #0

ADD R0, R0, #0
BRzp PRINTF_DECPOS 

NOT R0, R0				;make num positive for sub loop
ADD R0, R0, #1

PRINTF_DECPOS

AND R3, R3, #0
ADD R3, R3, #-1

PRINTF_DIVLOOP
ADD R3, R3, #1			;num/10 
ADD R0, R0, R2			;R0 = num % 10 - 10
BRzp PRINTF_DIVLOOP

ADD R3, R3, #0
BRz PRINTF_LASTDIGIT

;LD R1, PRINTF_ASCII
;ADD R1, R1, R0
;NOT R2, R2
;ADD R1, R1, R2 
;ADD R1, R1, #1
;NOT R2, R2
;;;;;ADD R1, R1, #10
;STR R1, R7, #0
;ADD R7, R7, #-1			;stored ascii value of one digit

LEA R1, PRINTF_ASCII
ADD R1, R1, R0
NOT R2, R2
ADD R1, R1, R2 
ADD R1, R1, #1
NOT R2, R2
LDR R1, R1, #0
STR R1, R7, #0
ADD R7, R7, #-1			;stored ascii value of one digit

ADD R0, R3, #0			;num/10

BRnzp PRINTF_DECPOS

PRINTF_LASTDIGIT

;LD R1, PRINTF_ASCII
;ADD R1, R1, R0
;ADD R1, R1, #10
;STR R1, R7, #0

LEA R1, PRINTF_ASCII
ADD R1, R1, R0
NOT R2, R2
ADD R1, R1, R2 
ADD R1, R1, #1
NOT R2, R2
LDR R1, R1, #0
STR R1, R7, #0			;stored ascii value of highest order digit

LDR R0, R5, #0
ADD R0, R0, #0
BRzp PRINTF_DECSTRING

LD R0, PRINTF_MINUS		;num was negative
ADD R7, R7, #-1
STR R0, R7, #0			;stored ascii value negative sign

PRINTF_DECSTRING		;print the calculated string
ADD R0, R7, #0
PUTS

ADD R4, R4, #1
BRnzp PRINTF_LOOP

PRINTF_ERROR
PRINTF_DONE

LDR R4, R6, #0		;restore R4
ADD R6, R6, #1

LDR R5, R6, #0		;restore bp
ADD R6, R6, #1

LDR R7, R6, #0		;restore ret addr
ADD R6, R6, #1

RET

GLOBAL_DATA_START
L1_main .FILL lc3_L1_main
printf .FILL lc3_printf
L5_main .FILL #0
L4_main .STRINGZ "data:%d"
L3_main .FILL #2
L2_main .FILL #1
.END

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    终于看到完整能输出lc3汇编的方式了。

    错误情况处理

    //Cannot locate make binary. 那就是缺少 make 库
sudo apt install make -y

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    直接通过LC-3编辑器执行这个 a.asm 文件，会发现有这样的错误


    目前查找的资料是说它未发现这些符号。

    可执行的汇编

    .ORIG		X3000
		AND	R0,R0,#0;
		AND	R1,R1,#0;
		AND	R2,R2,#0;
		AND	R3,R3,#0;
		AND 	R4,R4,#0;
		AND 	R5,R5,#0;
		AND 	R6,R6,#0;
		AND	R7,R7,#0;初始化寄存器

		ADD	R5,R5,#15;
		ADD	R5,R5,#1;外层循环16次
		LD	R2,SCORE2;指向存成绩空间
OUTLOOP		ADD	R6,R6,#15;内层循环15次
		LD	R3,SCORE;指针指向成绩	
		LDR	R0,R3,#0;假设第一位为最大值，存入R0
		NOT	R0,R0;
		ADD	R0,R0,#1;R0最大值求补数
LOOP1		ADD	R3,R3,#1;指针指向下一个数字	
		LDR	R1,R3,#0;R1存入对比数字
		ADD	R4,R0,R1;R1>R0，将R0设为新的最大值R1，否则继续
		BRp	SWAP;将最大值设置为当前查询数
		ADD	R6,R6,#-1;
		BRz	GOOUT;内层循环结束，跳出二层循环
		BRnzp	LOOP1;
SWAP		AND	R0,R0,#0;
		NOT	R1,R1;
		ADD	R1,R1,#1;R1最大值求补数
		ADD	R0,R0,R1;	
		ADD	R6,R6,#-1;
		BRz	GOOUT;内层循环结束，跳出二层循环	
		BRnzp	LOOP1;
GOOUT		LD	R7,SCORE;遍历成绩表，与最大值相等的数据设置为-1。
LOOP2		LDR	R1,R7,#0;
		ADD	R1,R1,R0;
		BRz	SET;
		ADD	R7,R7,#1;
		ADD	R1,R1,#0;
		BRnp	LOOP2;
SET		LD	R1,MINUS1;删除当前轮最大值（设置为-1）
		STR	R1,R7,#0;
		NOT	R0,R0;
		ADD	R0,R0,#1;R0为当前轮最大值
		ADD	R2,R2,#1;
		STR	R0,R2,#0;
		ADD	R7,R7,#1;
		ADD	R5,R5,#-1;
		BRp	OUTLOOP;	
		BRZ	END;


END		AND	R0,R0,#0;
		AND	R1,R1,#0;
		AND	R2,R2,#0;
		AND	R3,R3,#0;
		AND 	R4,R4,#0;
		AND 	R5,R5,#0;
		AND 	R6,R6,#0;
		AND	R7,R7,#0;初始化寄存器


	
		ADD	R1,R1,#4;遍历1-4名成绩，判断是否为A
		LD	R2,SCORE2;将指针指向第一名成绩
		ADD	R2,R2,#1;
		LD	R6,EIGHTYFIVE;R6存储-85

LOOP		LDR	R0,R2,#0;R0存储当前查询成绩
		ADD	R4,R0,R6;检查当前成绩是否大于绝对分数85分，若大于R5=1，小于R5=0
		BRzp	OVERABSOLUTE;
		AND	R5,R5,#0;
		BRnzp	NEXT2;
OVERABSOLUTE	AND	R5,R5,#0;
		ADD	R5,R5,#1;
NEXT2		ADD	R5,R5,#-1;R5等于1，条件满足，为A，等于0，条件不满足，进行下一轮测试
		BRn	NO;
YES		ADD	R7,R7,#1;R7记录A等人数，加一
		ADD	R2,R2,#1;指针指向下一位成绩
		ADD	R1,R1,#-1;循环次数减一
		BRp	LOOP;
		BRz	END1;
NO		ADD	R2,R2,#1;指针指向下一位成绩
		ADD	R1,R1,#-1;循环次数减一
		BRp	LOOP;
		BRz	END1;
END1		STI	R7,GRADEA;将R7数据存入x4100



		LD	R2,SCORE2;
		ADD	R2,R2,#1;
		ADD	R2,R2,R7;将指针指向第N+1名成绩
		NOT	R7,R7;
		ADD	R7,R7,#1;
		ADD	R7,R7,#8;
		AND	R1,R1,#0;
		ADD	R1,R1,R7;遍历N+1-8名成绩，判断是否为B,循环次数8-n存入R1		
		AND	R6,R6,#0;
		LD	R6,SEVENTYFIVE;R6存储-75
		AND	R7,R7,#0;人数统计归零

LOOP0		LDR	R0,R2,#0;R0存储当前查询成绩
		ADD	R4,R0,R6;检查当前成绩是否大于绝对分数75分，若大于R5=1，小于R5=0
		BRzp	OVERABSOLUTE1;
		AND	R5,R5,#0;
		BRnzp	NO1;
OVERABSOLUTE1	AND	R5,R5,#0;
		ADD	R5,R5,#1;
NEXT4		ADD	R5,R5,#-1;R5等于1，条件满足，为B，等于0，条件不满足，默认为C
		BRn	NO1;
YES1		ADD	R7,R7,#1;R7记录A等人数，加一
		ADD	R2,R2,#1;指针指向下一位成绩
		ADD	R1,R1,#-1;循环次数减一
		BRp	LOOP0;
		BRz	END2;
NO1		ADD	R2,R2,#1;指针指向下一位成绩
		ADD	R1,R1,#-1;循环次数减一
		BRp	LOOP0;
		BRz	END2;
END2		STI	R7,GRADEB;将R7数据存入x4101
 
HALT;
SCORE		.fill	x3200;
SCORE2		.FILL	X3FFF;
GRADEA		.fill	x4100;
GRADEB		.fill	x4101;
EIGHTYFIVE	.fill	#-85;
SEVENTYFIVE	.fill	#-75;
MINUS1		.FILL	#-1;
.END;

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    可以先执行这个汇编和借用其中的方式方法。我大致看了，它没有使用直接编译的方式，而是直接手写汇编实现。

    里面很多C语言里的函数都找不到标签，所以，相当于一些函数类的，无法搞定。对于学习也是够的了。

    总结

    至此 LC-3 模拟器和编辑器以及编译器都安装完了，还挺麻烦的，找了很多资料，相对而言，还是有点老了。

    引用

    参考了《深圳大学CS本科课程资源共享》，感谢大佬的作业。

    https://github.com/Alex-Shen1121/SZU_Learning_Resource

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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/kesshei/article/details/133935936